[发明专利]一种基于人工电磁表面的纯介质电磁透镜的设计方法

摘要

本发明公开了一种基于人工电磁表面的纯介质电磁透镜的设计方法，该方法包括如下步骤：步骤1：根据透镜所用介质材料及工作电磁波的波长求得相位变化与介质厚度的关系；步骤2：根据透镜类型(凸透镜、凹透镜、反射镜)及焦距要求计算出所需的相位突变的分布；步骤3：根据相位分布要求在电磁仿真软件中构建相应厚度的介质透镜，并进行仿真、微调，然后即可加工制作；根据上述步骤2中所设计透镜的要求得到相位分布再计算出介质厚度的分布，然后在电磁仿真软件中进行建模、仿真。本发明设计方法简单、灵活；随着入射波长的减小，本发明透镜的焦距会变长；本发明将该透镜与传统透镜组成的透镜组能够消除色差。

主权项

一种基于人工电磁表面的纯介质电磁透镜的设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：根据透镜所用介质材料及工作电磁波的波长求得相位变化与介质厚度的关系；根据公式：求得电磁波相位变化与介质厚度的关系，其中$\mathrm{\β}=\mathrm{\ω}\sqrt{({\mathrm{\ϵ}}_r-{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_i){\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\μ}}_0},$$Z_c=1/Y_c={\mathrm{\η}}_0/\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r-{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_i},$ε_r是透镜所用介质材料的介电常数，θ_i是电磁波入射角，ω是角频率，η₀＝377Ω是自由空间波阻抗，h是介质厚度；步骤2：根据透镜类型(凸透镜、凹透镜、反射镜)及焦距要求计算出所需的相位突变的分布；由等光程原理可得到凸透镜沿径向方向的相位分布：其中k₀＝2πλ，f是透镜的焦距，n是任意整数，r是距离圆心的距离；而对于凹透镜，其相位分布为：$\mathrm{\φ}\left(r\right)=2\mathrm{n\π}-k_0(\sqrt{r^2+f^2}-f);$反射镜的相位分布为：其中，是以馈电天线的相位中心为直角坐标系原点时透镜表面的位置矢量，是反射镜面上相对于(0,0，f)的位置矢量，是所期望的反射波束的单位方向矢量；步骤3：根据相位分布要求在电磁仿真软件中构建相应厚度的介质透镜，并进行仿真、微调，然后即可加工制作；根据上述步骤2中所设计透镜的要求得到相位分布再根据公式计算出介质厚度的分布，然后在电磁仿真软件中进行建模、仿真。